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1、数据通信与计算机网络,电信学院信通系 洪伟,4.6 高速以太网 4.6.3 10 吉比特以太网,10 吉比特以太网与 10 Mb/s，100 Mb/s 和 1 Gb/s 以太网的帧格式完全相同。 10 吉比特以太网还保留了 802.3 标准规定的以太网最小和最大帧长，便于升级。 10 吉比特以太网不再使用铜线而只使用光纤作为传输媒体。 10 吉比特以太网只工作在全双工方式，因此没有争用问题，也不使用 CSMA/CD 协议。,4.6 高速以太网 4.6.3 10 吉比特以太网,10吉比特以太网的物理层 局域网物理层 LAN PHY。局域网物理层的数据率是 10.000 Gb/s。 可选的广域网物
2、理层 WAN PHY。广域网物理层具有另一种数据率，这是为了和所谓的“Gb/s”的 SONET/SDH（即OC-192/STM-64）相连接。 为了使 10 吉比特以太网的帧能够插入到 OC-192/STM-64 帧的有效载荷中，就要使用可选的广域网物理层，其数据率为 9.95328 Gb/s。,4.6 高速以太网 4.6.3 10 吉比特以太网,端到端的以太网传输: 10 吉比特以太网的出现，以太网的工作范围已经从局域网（校园网、企业网）扩大到城域网和广域网，从而实现了端到端的以太网传输。 这种工作方式的好处是： 成熟的技术 互操作性很好 在广域网中使用以太网时价格便宜。 统一的帧格式简化了
3、操作和管理。,4.6 高速以太网 4.6.3 10 吉比特以太网,以太网从 10 Mb/s 到 10 Gb/s 的演进证明了以太网是： 可扩展的（从 10 Mb/s 到 10 Gb/s）。 灵活的（多种传输媒体、全/半双工、共享/交换）。 易于安装。 稳健性好。,4.6 高速以太网 4.6.3 10 吉比特以太网,千兆以太网的组网方法与普通以太网组网方法有一定的区别。组建千兆以太网，需要使用以下基本硬件设备： 1000 Mbps以太网交换机； 1000 Mbps以太网卡； 100 Mbps以太网交换机或100 Mbps集线器； 10 Mbps以太网卡、100 Mbps以太网卡或10/100 M
4、bps以太网卡；双绞线或光缆。 1000 BASET标准使用5类非屏蔽双绞线，双绞线长度可以达到100 m；1000 BASELX标准使用单模光纤，光纤长度可以达到3000 m；而1000 BASESX标准使用多模光纤，光纤长度可以达到300550 m。,4.6 高速以太网 4.6.3 10 吉比特以太网,在千兆以太网组网方法中，如何合理地分配网络带是很重要的，需要根据具体网络的规模与布局，来选择合适的两级或三级网络结构。下图给出了典型的千兆以太网组网方法示意图。,4.6 高速以太网 4.6.3 10 吉比特以太网,一般在网络主干部分需要使用性能很好的千兆以太网主干交换机，例如可以选择Cisc
5、o公司的Cisco 5000、6000系列或3Com公司的SuperStack 9300千兆以太网交换机，以解决应用中的主干网络带宽的瓶颈问题。 (2) 在网络支干部分考虑使用性能较低一些的千兆以太网支干交换机，例如可以选择Cisco公司的Cisco 4000系列或3Com公司的SuperStack 3300千兆以太网交换机，以满足实际应用对网络带宽的需要。 (3) 在楼层或部门一级，根据实际需要选择100 Mbps集线器或以太网交换机，例如可以选择Cisco公司的Cisco 1900系列以太网交换机或Cisco公司的FastHub 400系列集线器。 (4) 用户端使用10 Mbps或100
6、 Mbps以太网卡，将工作站连接到100 Mbps集线器或以太网交换机上。,4.7 其他种类的高速局域网,4.7.1 100VG-AnyLAN 局域网 使用集线器的 100 Mb/s 高速局域网 4.7.2 光纤分布式数据接口 FDDI (Fiber Distributed Data Interface) 使用光纤作为传输媒体的令牌环形网 4.7.3 高性能并行接口 HIPPI (HIgh-Performance Parallel Interface) 主要用于超级计算机与一些外围设备（如海量存储器、图形工作站等）的高速接口 4.7.4 光纤通道(Fiber Channel),无固定基础设施的
7、无线局域网 自组网络(ad hoc network),自组网络,A,E,D,C,B,F,源结点,目的结点,转发结点,转发结点,转发结点,自组网络没有上述基本服务集中的接入点 AP 而是由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络。,移动自组网络的应用前景,在军事领域中，携带了移动站的战士可利用临时建立的移动自组网络进行通信。 这种组网方式也能够应用到作战的地面车辆群和坦克群，以及海上的舰艇群、空中的机群。 当出现自然灾害时，在抢险救灾时利用移动自组网络进行及时的通信往往很有效的。,移动自组网络 和移动 IP 并不相同,移动 IP 技术使漫游的主机可以用多种方式连接到因特网。 移动 IP
8、 的核心网络功能仍然是基于在固定互联网中一直在使用的各种路由选择协议。 移动自组网络是将移动性扩展到无线领域中的自治系统，它具有自己特定的路由选择协议，并且可以不和因特网相连。,4.8 无线局域网 4.8.2 802.11 标准中的物理层,1997 年 IEEE 制订出无线局域网的协议标准的第一部分，802.11。在1999年又制订了剩下的两部分，802.11a 和 802.11b。 802.11 的物理层有以下三种实现方法： 跳频扩频 FHSS 直接序列扩频 DSSS 红外线 IR,4.8 无线局域网 4.8.2 802.11 标准中的物理层,802.11a 的物理层工作在 5 GHz频带，
9、采用正交频分复用 OFDM，它也叫做多载波调制技术（载波数可多达 52 个）。可以使用的数据率为 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 和 56 Mb/s。 802.11b 的物理层使用工作在 2.4 GHz 的直接序列扩频技术，数据率为 5.5 或 11 Mb/s。,4.8 无线局域网 4.8.3 802.11 标准中的 MAC 层,1. CSMA/CA 协议 无线局域网却不能简单地搬用 CSMA/CD 协议。这里主要有两个原因。 CSMA/CD 协议要求一个站点在发送本站数据的同时还必须不间断地检测信道，但在无线局域网的设备中要实现这种功能就花费过大。 即使我们能够实现碰撞检测
10、的功能，并且当我们在发送数据时检测到信道是空闲的，在接收端仍然有可能发生碰撞。,无线局域网的特殊问题,A,B,C,D,当 A 和 C 检测不到无线信号时，都以为 B 是空闲的， 因而都向 B 发送数据，结果发生碰撞。,这种未能检测出媒体上已存在的信号的问题 叫做隐蔽站问题(hidden station problem),无线局域网的特殊问题,A,D,C,B,B 向 A 发送数据，而 C 又想和 D 通信。 C 检测到媒体上有信号，于是就不敢向 D 发送数据。,其实 B 向 A 发送数据并不影响 C 向 D 发送数据 这就是暴露站问题(exposed station problem),4.8 无
11、线局域网 4.8.3 802.11 标准中的 MAC 层,无线局域网不能使用 CSMA/CD，而只能使用改进的 CSMA 协议。 改进的办法是将 CSMA 增加一个碰撞避免(Collision Avoidance)功能。 802.11 就使用 CSMA/CA 协议。而在使用 CSMA/CA 的同时还增加使用确认机制。 下面先介绍 802.11 的 MAC 层。,4.8 无线局域网 4.8.3 802.11 标准中的 MAC 层,无线局域网不能使用 CSMA/CD，而只能使用改进的 CSMA 协议。 改进的办法是将 CSMA 增加一个碰撞避免(Collision Avoidance)功能。 80
12、2.11 就使用 CSMA/CA 协议。而在使用 CSMA/CA 的同时还增加使用确认机制。 下面先介绍 802.11 的 MAC 层。,802.11 的 MAC 层,MAC 层,无争用服务,争用服务,分布协调功能 DCF (Distributed Coordination Function) (CSMA/CA),点协调功能 PCF (Point Coordination Function),物理层,802.11b,802.11a,IEEE 802.11,MAC 层通过协调功能来确定在基本服务集 BSS 中 的移动站在什么时间能发送数据或接收数据。,802.11 的 MAC 层在物理层之上包括
13、两个子层,MAC 层,无争用服务,争用服务,分布协调功能 DCF (Distributed Coordination Function) (CSMA/CA),点协调功能 PCF (Point Coordination Function),物理层,802.11b,802.11a,IEEE 802.11,4.8 无线局域网 4.8.3 802.11 标准中的 MAC 层,帧间间隔 IFS 所有的站在完成发送后，必须再等待一段很短的时间（继续监听）才能发送下一帧。这段时间的通称是帧间间隔 IFS (InterFrame Space)。 帧间间隔长度取决于该站欲发送的帧的类型。高优先级帧需要等待的时间
14、较短，因此可优先获得发送权，但低优先级帧就必须等待较长的时间。 若低优先级帧还没来得及发送而其他站的高优先级帧已发送到媒体，则媒体变为忙态因而低优先级帧就只能再推迟发送了。这样就减少了发生碰撞的机会。,4.8 无线局域网 4.8.3 802.11 标准中的 MAC 层,CSMA/CA 协议的原理: 欲发送数据的站先检测信道。在 802.11 标准中规定了在物理层的空中接口进行物理层的载波监听。 通过收到的相对信号强度是否超过一定的门限数值就可判定是否有其他的移动站在信道上发送数据。 当源站发送它的第一个 MAC 帧时，若检测到信道空闲，则在等待一段时间 DIFS 后就可发送。,4.8 无线局域
15、网 4.8.3 802.11 标准中的 MAC 层,为什么信道空闲还要再等待? 这是考虑到可能有其他的站有高优先级的帧要发送。 如有，就要让高优先级帧先发送。,4.8 无线局域网 4.8.3 802.11 标准中的 MAC 层,假定没有高优先级帧要发送: 源站发送了自己的数据帧。 目的站若正确收到此帧，则经过时间间隔 SIFS 后，向源站发送确认帧 ACK。 若源站在规定时间内没有收到确认帧 ACK（由重传计时器控制这段时间），就必须重传此帧，直到收到确认为止，或者经过若干次的重传失败后放弃发送。,4.8 无线局域网 4.8.3 802.11 标准中的 MAC 层,虚拟载波监听 虚拟载波监听(
16、Virtual Carrier Sense)的机制是让源站将它要占用信道的时间（包括目的站发回确认帧所需的时间）通知给所有其他站，以便使其他所有站在这一段时间都停止发送数据。 这样就大大减少了碰撞的机会。 “虚拟载波监听”是表示其他站并没有监听信道，而是由于其他站收到了“源站的通知”才不发送数据。,4.8 无线局域网 4.8.3 802.11 标准中的 MAC 层,虚拟载波监听的效果: 这种效果好像是其他站都监听了信道。 所谓“源站的通知”就是源站在其 MAC 帧首部中的第二个字段“持续时间”中填入了在本帧结束后还要占用信道多少时间（以微秒为单位），包括目的站发送确认帧所需的时间。,4.8 无线局域网 4.8.3 802.11 标准中的 MAC 层,网络分配向量 当一个站检测到正在信道中传送的 MAC 帧首部的
